Java ArrayList(单列集合)

ArrayList 是 Java 中最常用的一个集合类，它属于 java.util 包。ArrayList 实现了 List 接口，提供了动态数组的功能。与普通数组不同，ArrayList 在元素增删时会自动调整大小，因此它的大小是可变的。

1. ArrayList 的基本特性

动态大小：ArrayList 会根据需要自动扩展或收缩其大小，避免了固定大小数组的限制。
索引访问：ArrayList 允许通过索引访问元素，支持快速随机访问。
存储类型：它可以存储任何类型的对象（包括自定义对象），但不支持原始数据类型（如 int、char），只能存储它们的包装类（如 Integer、Character）。

2. ArrayList 的构造方法

ArrayList 提供了几种构造方法：

2.1默认构造方法：

创建一个初始容量为 10 的空列表。

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ArrayList<String> list = new ArrayList<>();

2.2 指定初始容量：

创建一个指定初始容量的空列表。如果你预估会存储大量元素，指定初始容量可以避免多次扩展。

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ArrayList<String> list = new ArrayList<>(20);

2.3 从集合创建：

可以通过另一个 Collection（如 List、Set）来创建一个新的 ArrayList。

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ArrayList<String> list = new ArrayList<>(anotherList);

3. ArrayList 的常用方法

3.1 添加元素

add(E e)：将元素添加到列表的末尾。

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ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
list.add("Apple");
list.add("Banana");

add(int index, E element)：在指定位置插入元素，后续元素会向右移动。

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list.add(1, "Orange");  // 在索引 1 处插入 "Orange"

3.2 获取元素

get(int index)：获取指定位置的元素。

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String fruit = list.get(0);  // 获取索引 0 位置的元素，返回 "Apple"

3.3 修改元素

set(int index, E element)：将指定位置的元素替换为新的元素。

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list.set(1, "Grapes");  // 将索引 1 处的元素替换为 "Grapes"

3.4 删除元素

remove(int index)：移除指定位置的元素。

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list.remove(1);  // 移除索引 1 处的元素（"Banana"）

remove(Object o)：移除首次出现的指定元素。

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list.remove("Apple");  // 移除 "Apple"

3.5 查询元素

contains(Object o)：检查列表中是否包含指定元素。

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boolean containsApple = list.contains("Apple");  // 返回 true 或 false

indexOf(Object o)：返回指定元素首次出现的位置。如果元素不存在，返回 -1。

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int index = list.indexOf("Grapes");  // 返回索引位置，若无则返回 -1

3.6 获取列表大小

size()：返回列表中元素的数量。

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int size = list.size();  // 返回元素个数

3.7 清空列表

clear()：移除所有元素，列表变为空。

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list.clear();  // 清空列表

3.8 检查列表是否为空

isEmpty()：判断列表是否为空。

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boolean isEmpty = list.isEmpty();  // 返回 true 或 false

4. ArrayList 的性能特点

访问性能：ArrayList 支持 O(1) 的随机访问，可以通过索引快速获取元素。
插入和删除性能：

在列表的末尾插入元素是 O(1) 时间复杂度。

在列表的中间或开头插入或删除元素是 O(n) 时间复杂度，因为需要移动元素。

内存管理：当 ArrayList 的容量超过当前大小时，它会自动扩展，通常扩展为原容量的 1.5 倍左右。因此，ArrayList
比固定大小的数组要灵活，但也可能会因为多次扩展而浪费内存。

5. ArrayList 与其他 List 实现类的对比

ArrayList 是实现 List 接口的最常见类之一，但它与其他实现类如 LinkedList 有一些区别：

ArrayList：基于数组实现，适合于频繁访问元素的情况（O(1) 时间复杂度）。但是在插入和删除时，特别是在中间或开头进行操作时，性能较差（O(n) 时间复杂度）。
LinkedList：基于双向链表实现，适合于频繁插入和删除的情况。访问元素的时间复杂度是
O(n)，但是插入和删除操作相对更高效（O(1) 时间复杂度）。

6. 常见的使用场景

动态数组：当你需要一个能够动态增长的数组，并且频繁进行随机访问时，ArrayList 是一个理想的选择。
内存空间较大时：ArrayList 会动态调整其容量，适合存储元素数量较多的场景。
访问元素频繁：因为 ArrayList 支持 O(1) 的随机访问，所以在频繁访问元素时，它的性能比较好。

7. ArrayList 的扩容机制

当 ArrayList 需要扩容时，它会创建一个新的数组，容量为原数组的 1.5 倍，然后将原数组的内容复制到新数组中。因此，如果频繁添加元素到 ArrayList 中，可以提前指定一个合适的初始容量来避免不必要的扩容操作。

8. 总结

ArrayList 是一个灵活且常用的动态数组实现，适合需要频繁随机访问元素的场景。
它提供了丰富的操作方法来添加、删除、修改和查询元素。
ArrayList 不是线程安全的，在多线程环境中需要额外的同步处理。
与其他 List 实现类（如 LinkedList）相比，ArrayList
更适合用于频繁访问元素的场景，但插入和删除效率较低，尤其是在中间部分。